一种螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置及其方法

技术特征：
1.一种螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置，其特征在于：包括入口、外壳、螺杆驱动部、涡轮杆推拉器、增压活塞、蓄能弹性腔、出口；其中外壳的前端设置入口，入口后侧设置螺杆驱动部，入口处泵入的流体驱动螺杆驱动部旋转，螺杆驱动部的后侧设置涡轮杆推拉器，螺杆驱动部通过旋转驱动涡轮杆推拉器的推杆往复运动，涡轮杆推拉器的后端连接增压活塞，涡轮杆推拉器驱动增压活塞往复运动；增压活塞输出端与蓄能弹性腔的输入端连通，增压活塞向蓄能弹性腔中输入流体，蓄能弹性腔储蓄流体并且压力不断提高；蓄能弹性腔的输出端与溢流阀连接，溢流阀的输出端与出口连通，当蓄能弹性腔达到蓄能极限后，溢流阀打开，蓄能弹性腔通过出口对外输出高压脉冲波。2.根据权利要求1所述的螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置，其特征在于：所述螺杆驱动部包括螺杆前支撑座、螺杆转子、定子橡胶衬套和螺杆后支撑座，其中螺杆驱动部的前部设置螺杆前支撑座，螺杆前支撑座固定在壳体中，螺杆前支撑座上设置有呈圆周阵列分布的流道通孔，螺杆前支撑座的前端与入口连通，流体通过流道通孔从螺杆前支撑座前端进入螺杆前支撑座后端；螺杆前支撑座后端设置螺杆转子，螺杆转子由两端的转轴和中部的螺旋杆组成，螺杆转子前部的转轴与螺杆前支撑座的中心部转动式连接，螺杆转子中部的螺旋杆外侧套装有管状结构的定子橡胶衬套，定子橡胶衬套固定在壳体中，定子橡胶衬套内部设置有波浪状分布、环形结构的凸峰，螺杆转子后部的转轴与螺杆后支撑座中心部转动式连接，螺杆转子后部的转轴从螺杆后支撑座中向后穿出；螺杆后支撑座固定在壳体中，流体通过螺杆后支撑座进入涡轮杆推拉器；螺杆后支撑座与螺杆前支撑座结构相同，螺杆前支撑座和螺杆后支撑座为螺杆转子的转动提供支点；螺杆转子、定子橡胶衬套相配合能够把流体1mpa-1.5mpa的压力能转化为螺杆转子的400n.m-600n.m的转动扭矩。3.根据权利要求2所述的螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置，其特征在于：所述涡轮杆推拉器包括蜗杆、涡轮、传动杆和涡轮腔，其中蜗杆的前端与螺杆转子后部的转轴连接，蜗杆的后侧螺纹部上下对称安装有涡轮，蜗杆与涡轮传动比在20：1-60：1之间，涡轮能够把蜗杆转动扭矩转化为30吨-50吨的推力；涡轮转动式安装在涡轮腔中，每个涡轮与传动杆的前端转动式连接，上下两个传动杆对称安装，两个传动杆的后端与增压活塞的前端转动式连接，涡轮的旋转带动传动杆做往复运动。4.根据权利要求3所述的螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置，其特征在于：所述增压活塞包括活塞、旁通单向阀、柱塞单向阀、增压腔和增压壳体；其中增压壳体固定在外壳中，增压壳体的壳壁中设置有两个以上的呈圆周阵列分布的旁通单向阀，旁通单向阀的前端与涡轮腔相通，旁通单向阀的后端与管后腔相通；增压壳体内开设增压腔，增压腔中安装由活塞；活塞由前部的塞杆和后部的塞柄组成，塞杆的前端与两个传动杆的后端转动式连接，塞杆的后端与塞柄的前侧中心部固定连接，活塞的塞柄直径为6cm-8cm，塞柄上设置有两个以上的呈圆周阵列分布的柱塞单向阀，柱塞单向阀前端与涡轮腔相通，柱塞单向阀后端与增压腔相通；活塞向前移动时，柱塞单向阀打开，增压腔通过柱塞单向阀吸入流体，活塞向后移动时柱塞单向阀关闭、增压腔内流体压力升高；在涡轮杆推拉器推动下，活塞将增压腔内流体增压至100mpa-160mpa；增压腔的后端与蓄能弹性腔连接；旁通单向阀能够在前后压差1-2mpa时打开，旁通单向阀用来在活塞往复运动缓慢时维持螺杆驱动部后侧的低压，同时防止在蓄能弹性腔的输出口打开、流量增加时的回流。5.根据权利要求4所述的螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置，其特征在于：所述蓄能弹
性腔包括单向阀、蓄能腔、弹性气囊和蓄能壳，蓄能弹性腔安装在管后腔中；其中蓄能壳的前端与增压壳体的后端固定连接，蓄能壳前部中心设置有单向阀，单向阀的前端与增压腔连通，单向阀的后端与蓄能壳内部的蓄能腔前端连通，单向阀用来防止蓄能腔中高压流体向增压腔的回流；蓄能腔的体积为25l-30l，蓄能腔内设置有多个弹性气囊，弹性气囊的总体积在15l-20l，蓄能腔能够通过弹性气囊的气体弹性储存大量高压能量和流体；蓄能壳的后端与溢流阀的前端连接。6.根据权利要求5所述的螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置，其特征在于：所述溢流阀包括上磁体、溢流阀组件、阀座；其中上磁体安装在蓄能壳后端，上磁体呈圆环状或者上下对称的结构；上磁体的后侧设置溢流阀组件，溢流阀组件由阀芯、下磁体和回位弹簧组成，阀芯由前部的阀塞杆、中部的阀塞座和后部的阀撑杆组合构成，阀塞杆与蓄能腔后侧输出口插卡式连接，阀塞杆后端与阀塞座的前侧中心部固定连接；阀塞座前侧内嵌式安装有下磁体，下磁体与上磁体的外形结构相同，下磁体与上磁体相对面极性相反相吸，上磁体和下磁体能够提供100mpa-160mpa高压下的闭合压力；阀塞座后侧中心部与阀撑杆的前端固定连接，阀撑杆上嵌套安装回位弹簧，回位弹簧能够提供溢流阀打开后的回位力；回位弹簧的后端与阀座前侧相抵，阀撑杆的后端从阀座的中心部穿过，阀座对溢流阀组件起到支撑作用；阀座上设置有呈圆周阵列分布的流道通孔，阀座的流道通孔提供流体从管后腔进入出口的通道，阀座的后端设置出口；当溢流阀前后端压差小于0.4-0.6mpa时，溢流阀在回位弹簧的弹力作用下关闭；溢流阀打开过程中，上磁体和下磁体之间的磁吸力迅速减小、回位弹簧的弹簧力增加，溢流阀全开时磁吸力小于弹簧力，最大弹簧力是最大磁吸力的1/200。7.根据权利要求6所述的螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置，其特征在于：所述旁通单向阀包括细入口管、封球、单阀弹簧、细出口管和单阀腔，其中，单阀腔由前部圆台状的前腔和后部筒状结构的后腔组合构成；单阀腔的前端与细入口管的后端连通，单阀腔的前部内安装有封球，封球能够将细入口管的后端管口封堵；封球的后侧安装有单阀弹簧，单阀弹簧限位在单阀腔中，单阀腔的后端与细出口管的前端连通；当旁通单向阀开启后，流体由细入口管进入，并经过单阀腔从细出口管流出；旁通单向阀与柱塞单向阀、单向阀的结构相同。8.根据权利要求7所述的螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置，其特征在于：所述螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置实现在螺杆驱动下、通过蜗杆涡轮配合传动、推动柱塞增压蓄能的脉冲及压裂增渗方法，包括设备接入、螺杆驱动、流体增压、流体储蓄、高压脉冲、裂缝与解堵、低压渗流，具体步骤为：(1)设备接入：螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置的入口接入增压泵，出口接井底压裂、增渗工具；(2)螺杆驱动：增压泵启动后，压力为10mpa-20mpa的流体经入口通入螺杆驱动部，流体1mpa-1.5mpa的压力能转化为螺杆转子的400n.m-600n.m的转动扭矩；(3)流体增压：蜗杆与涡轮把螺杆转子转动扭矩转化为30吨-50吨的推力，该推力推动活塞将增压腔内流体增压至100mpa-160mpa；(4)流体储蓄：经过螺杆驱动部后8mpa-18mpa的流体大部分通过活塞的往复运动加压泵入蓄能腔，小部分流体通过旁通单向阀流向出口；(5)高压脉冲：增压后的流体和高压能量储存在蓄能腔中，经过时间为600s-3000s的蓄能，蓄能腔中压力达到了溢流阀100mpa-160mpa的压力上限时，溢流阀的阀门迅速打开，蓄
能腔中的流体高压高速流出2s-10s，进而在出口处产生时间为2s-10s、100mpa-160mpa的高压脉冲波；(6)裂缝与解堵：高压脉冲波通过井底压裂、增渗工具传导到煤层、油层中，通过应力波、水楔作用沟通裂缝、解堵；(7)低压渗流：高压脉冲结束后，溢流阀前后端压差降至0.4mpa-0.6mpa时，溢流阀关闭，活塞和蓄能腔继续增压蓄能过程，同时出口处的低压流体在渗流阻力已大幅减小的煤层、油层中渗流。

技术总结
本发明属于水力脉冲设备技术领域，特别涉及一种螺杆蜗杆联动式塞腔蓄能脉冲装置及其方法，包括入口、外壳、螺杆驱动部、涡轮杆推拉器、增压活塞、蓄能弹性腔、出口；其中外壳的前端设置入口，入口后侧设置螺杆驱动部，入口处泵入的流体驱动螺杆驱动部旋转，螺杆驱动部的后侧设置涡轮杆推拉器，涡轮杆推拉器的后端连接增压活塞，增压活塞输出端与蓄能弹性腔的输入端连通，蓄能弹性腔的输出端与溢流阀连接，溢流阀的输出端与出口连通；该装置以高传动比蜗杆涡轮增加了流体增压极限；通过弹性气囊实现了高压能量的大量储存，增加了单次脉冲作用时间；从而大幅提高了高压脉冲波的致裂及增渗增透效果。增透效果。增透效果。


技术研发人员：李木坤 王刚 刘震 孙路路 于岩斌 王振洋
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：2022.10.31
技术公布日：2023/1/31